JPH0522957Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は電子楽器或いはオーデイオ機器な
ど、各種の楽音信号発生器の楽音信号を処理する
楽音処理装置に関する。

「従来の技術」 楽器の音色は、その楽音に基音と共に含まれて
いる倍音により決まる。従つて、従来の電子楽器
などによる楽音の放音には、各種楽器の楽音信号
の周波数スペクトルを求め、その周波数スペクト
ルを再現するような楽音信号を作り出して放音し
ていた。即ち、楽音の周波数スペクトルに含まれ
る基音とその各倍音の信号を発生させ、それら基
音と各倍音の信号を１つに合成することによつ
て、その楽器の楽音信号をつくつていた。

第８図は従来の電子楽器の構成を示す図であ
る。鍵盤１１上の鍵１２が押されることにより、
その鍵信号が電子発音体１３に与えられ、電子発
音体１３では、鍵信号の音程に合致した周波数信
号を発生し、混合器１４に供給する。混合器１４
はこれらの周波数信号を受け、指定の、或いは所
定の楽器の楽音信号を合成して出力する。合成さ
れた楽音信号は増幅器１５で増幅され拡声器１６
などから放音される。

第９図は或る楽器が放音する時の周波数スペク
トルの例である。図中、F₁は楽音の基音を表し、
F₂は基音F₁の２倍の周波数をもつ２倍音、F₃は
基音F₁の３倍の周波数をもつ３倍音、……、一
般にF_oは基音F₁のｎ倍の周波数をもつｎ倍音を
表す。この周波数スペクトルは楽器の種類により
異なるもので、基音F₁に対する各倍音の混合さ
れる割合は楽器により違つている。

「考案が解決しようとする問題点」 このように、楽音に含まれる基音F₁信号と、
基音F₁信号に対する各倍音F_o信号とを発生させ、
電気的に合成する従来の方法では音楽を演奏して
いる楽器本来の音、特に音の立上り及び立下りに
おける過渡的な音の変化を再現することはできな
い。つまり、楽器演奏により演奏される場合、音
程及び音の強さを変化させることによつて楽曲の
演奏が行われるのであるが。従来の電子楽器では
演奏される楽曲の過渡的な要素をあまり考慮する
ことなく、定常状態の楽音の周波数スペクトルを
基に楽音信号を合成し放音していた。ところで、
楽器演奏における楽音の立ち上がりはバースト的
に立上り、余韻を残して終息するものであつて、
定常状態における基音及びその倍音を所定の割合
に応じて単に合成しただけでは、放音される楽音
は演奏している楽器本来の楽音を再現していると
はいえない。楽器から楽音が放音される場合、楽
器の発音体に放音のためにエネルギーが与えられ
ると、発音体及びその共鳴体は振動して楽音を放
音する際、発音体等が定常状態に成るまでの過渡
的段階ではエネルギーが注入された時に雑音的な
高調波成分が発生し、それから発音体に固有の基
音及びその各倍音が定まり、やがて、高い倍音程
速く減衰してゆくような放音過程を辿る。

「問題点を解決するための手段」 以上の諸点に鑑み、この考案では、楽音発生器
により発生された楽音信号に対し、その信号レベ
ル及び周波数に依存する信号遅延処理を施し、楽
器が放音する本来の楽音に一層近い楽音信号が得
られるように構成する。

即ち、楽音信号が供給された場合、その信号レ
ベルが大きい程大きく増幅する可変増幅率特性を
有するエキスパンダ回路と、その信号に含まれる
周波数成分に対して周波数に依存する位相遅延を
与える位相遅延回路と、入力される信号レベルが
小さい程大きく増幅して出力する可変増幅率特性
を有するコンプレツサ回路とを縦続接続して楽音
処理装置を構成する。

「作用」 楽音信号を構成する基音及びその各倍音成分は
位相遅延回路によつて周波数に依存する位相遅延
を受け、高い倍音成分が低い倍音成分よりも早く
立上る。又、高い倍音成分が基音及び低い倍音成
分より早く立下る。逆に、基音及び低い倍音成分
は高い倍音成分より立上り及び立下り時間が遅く
される。又、コンプレツサ回路によつて減衰部
の、つまり信号立下り時の小さな信号を高い増幅
率で増幅することにより、より一層楽音の立ち下
がりに余韻をもたせることができ、演奏中の楽器
の楽音に近い楽音信号が得られることを可能とす
る。

「実施例」 第１図はこの考案による楽音信号処理装置の実
施例を示すブロツク図で、電子楽器に適用した場
合である。第８図に対応した部分には同じ符号を
付けてある。電子発音体１３は鍵盤１１上の或る
鍵１２ａの入力信号を受け、発振信号を発生す
る。今、ドの音程の鍵１２ａが押されると、周波
数440ヘルツの信号、例えば440ヘルツの三角波信
号が発生する。この三角波には基音周波数440ヘ
ルツの周波数信号₁の他に、その高調波つまり基
音F₁の各倍音F₂，F₃，F₄，……に相当する周波
数信号₂，₃，₄，……が含まれており、それら
基音の周波数信号₁及び各倍音の周波数信号₂，
₃，₄，……を分離して取り出すことができる。

取り出された基音F₁の周波数信号及び各倍音
の周波数信号は混合器１４に原信号として供給さ
れ、混合器１４はこれ等の原信号に楽器の周波数
スペクトルに基づく処理を加える。即ち、原信号
をそれぞれの所定の大きさの信号に増幅し、その
増幅された各信号を所定の楽器の楽音信号に合成
する。この考案では、電子発音体１８からの合成
楽音信号はエキスパンダ回路２１、位相遅延回路
２２及びコンプレツサ回路２３により信号処理を
受ける。

第２図はエキスパンダ回路２１及びコンプレツ
サ回路２３の出力特性を示す図である。同図の特
性曲線Ａは与えられる入力信号の大きさに係わら
ず、同じ増幅率でその信号を増幅することを表
す。エキスパンダ回路２１は、入力端に与えられ
る信号のレベルに応じた増幅率でその信号を増幅
する。つまり、同図の特性曲線Ｂに示すように、
入力信号レベルの大きい信号はより高い増幅率で
増幅し、従つて、入力信号の変動範囲を拡げるよ
うに増幅する。

第３図は位相遅延回路２２の構成法の一実施例
を示す図である。この実施例では、位相遅延素子
２４を６段２４Ａ〜２４Ｆ接続したものを１単位
とし、８単位２２Ａ〜２２Ｈを直列にして位相遅
延回路２２を構成した場合である。第４図はこの
位相遅延素子の回路例を示す図である。楽音信号
は抵抗器R₁，R₂を介して演算増幅器２５の反転
入力端子及び非反転入力端子に供給され、演算増
幅器２５の出力は抵抗器R₃を通して反転入力端
子に帰還される。又、非反転入力端子はコンデン
サＣを介して接地されている。

第４図の回路はよく知られている１次のオール
パス回路で、入力電圧とV₁、出力電圧をV₂とす
ると、その伝達函数V₂／V₁はR₁＝R₃の条件で、
V₂／V₁＝−（ｓ−ａ）／（ｓ＋ａ）；ｓ＝jω，ａ
＝１／R₂Ｃで表される。V₂／V₁＝Ａ（ω）e^-j〓⁽〓⁾
と置くと、Ａ（ω）＝｜V₂／V₁｜＝１であり、β
（ω）＝2tan^-1（ω／ａ）、群遅延時間τ（ω）＝dβ
／
dω＝2a／（ω²＋a²）で表される。

ｓ＝０のとき、V₂／V₁＝１となり、位相遅れ
角β＝０；ｓ＝ｊ∞のとき、V₂／V₁＝−１＝
e^-j〓となり、β＝180°；ω＝ａ＝１／R₂Ｃのと
き、V₂／V₁＝−ｊ＝e^-j〓^/2となり、β＝90°とな
る。

第５図は実験的に得られたこの位相遅延素子２
４の入出力特性を示す図である。この図から分か
るように、正弦波のバースト信号Ａが位相遅延素
子２４の入力端に与えられると、その出力端から
の出力信号Ｂは過渡的な信号B₁で始まり、それ
に続いて、入力信号に対し90°の位相遅れが与え
られた信号B₂が出力される。

第６図は周波数の異なるバースト信号が位相遅
延回路２２に与えられたときに、信号が遅延され
る様子を示す説明図である。

即ち、第６図Ａに示す周波数₁の正弦波からな
るバースト信号を位相遅延回路２２に与えると、
バースト信号は周波数に依存する位相遅延を受
け、位相遅延回路２２からは同図Ｂに示す信号が
出力される。周波数₂の正弦波からなるバースト
信号は、₁＜₂とするなら、この信号は₁のバー
スト信号よりも遅延量は小さく、同図Ｃに示すよ
うな出力が得られる。

つまり、混合器１４から出力された信号を、こ
の位相遅延回路２２に与えることにより、高い周
波数の倍音信号ほど位相遅延される量が小さいの
で、位相遅延回路２２から早く出力され、基音
F₁信号及び基音F₁に近い倍音信号ほど遅れて出
力される。従つて、立上りの素早い高い倍音がま
ず出力され、楽器本来の安定した楽音の放音状態
からやがて、基音と比較的低い倍音の余韻が続く
ことが理解される。

この考案による位相遅延回路２２を設けた電子
楽器で、或る楽器に模した実施例によると、遅延
回路の位相遅延量が360°（１次のオールパス回路
４段に相当する）では殆ど効果がなく、1800°（１
次のオールパス回路20段に相当する）の位相遅延
量では幾分の効果があり、約9000°（１次のオール
パス回路100段に相当する）の位相遅延量を与え
るように構成した場合に楽器演奏に近い放音が実
現された。但し、楽音信号に与える位相遅延量は
上記のように1800°以上必要であるが、9000°に限
られるものでなく、楽器の種類などにより適宜な
値が選択される。

この考案では、位相遅延回路２２により遅延処
理をされた楽音信号は、更にコンプレツサ回路２
３に供給される。第２図の特性曲線Ｃに示すよう
に、コンプレツサ回路は、与えられる入力信号の
レベルが大きい程、低い増幅率でその信号を増幅
し、小さい入力信号程、高い増幅率で増幅する。
つまり、打鍵された楽音信号が減衰してゆくとき
に、その減衰部での余韻を長く響かせることがで
きる。従つて、位相遅延回路２２のオールパス回
路の段数を節減することにつながる。コンプレツ
サ回路２３はエキスパンダ回路２１と逆特性で、
バースト信号内の連続信号や、定常状態の信号に
対しては、両回路合わせてフラツトな増幅率特性
を示す。

第７図はこの考案の楽音処理装置により信号処
理をした楽音が放音され始めた初期の段階、つま
り楽音の過渡的段階の周波数スペクトルの例を示
す図である。同図では、基音F₁の５倍以上の各
倍音F₅，F₆，F₇，F₈信号が放音され始めている
が、基音F₁及び２〜４倍の倍音F₂，F₃，F₄信号
は立上りが十分でなく未だ放音されていない状態
を示している。

「考案の効果」 従来の電子楽器では、楽器からの放音が定常状
態にある時の周波数スペクトルに基づいて楽音信
号を合成し、その楽音信号がそのまま放音される
ように構成していた。しかし、この考案による処
理装置によれば、楽音の変化する過渡的な状態を
考慮した楽音信号が発生するように構成したの
で、従来の電子楽器では到底実現し得ないよう
な、演奏している楽器本来に近い楽音を放音する
ことが可能となつた。従つて、音楽楽曲の演奏効
果に寄与するところ頗る大である。

以上の説明では、楽音信号を電気的に合成する
電子楽器にこの考案を適用した例を示したが、こ
の考案の楽音信号処理装置をオーデイオ装置など
の音楽楽音再生装置に適用する場合にも非常に有
効であり、再生された音楽信号の演奏効果を強調
するうえで、この考案は頗る効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による電子音合成器のブロツ
ク構成例を示す図、第２図はこの考案に用いるエ
キスパンダ回路及びコンプレツサ回路の増幅率特
性を示す図、第３図はこの考案で用いられる位相
遅延回路の構成例を示す図、第４図は位相遅延回
路を構成する位相遅延素子の回路例を示す図、第
５図は第４図に示す位相遅延素子に正弦波を与え
た時の入出力信号の関係を示す実験的に得られた
信号図、第６図は位相遅延回路２２を通した時の
信号が遅延される様子を示す説明図、第７図はこ
の考案による楽音処理装置で処理された楽音信号
が放音されるときの立ち上がり始めた時点での周
波数スペクトルの例を示す図、第８図は従来の電
子楽器の構成例を示す図、第９図は或る楽器の楽
音の定常状態におけるスペクトル図である。 １１……鍵盤、１２……鍵、１３……電子発音
体、１４……混合器、１５……増幅器、１６……
拡声器、１７……ゲート、１８……発音体、２１
……エキスパンダ回路、２２……位相遅延回路、
２３……コンプレツサ回路、２４……位相遅延素
子、２５……演算増幅器、Ｒ……抵抗器、Ｃ……
コンデンサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 楽音信号を発生する楽音処理装置において、楽
   音信号が供給され、信号レベルが大きい信号程高
   い増幅率で増幅する可変増幅率特性を有するエキ
   スパンダ回路と、 このエキスパンダ回路の後段に接続され、１次
   のオールパス回路を複数段縦続接続して、入力信
   号波に対して少なくとも1800°の位相遅延を与え
   ることのできる位相遅延回路と、 この位相遅延回路の後段に接続され信号レベル
   が小さい信号程高い増幅率で増幅する可変増幅率
   特性を有するコンプレツサ回路とから成る楽音処
   理装置。